L'art avec l'ADN - Création numérique de 16 millions de couleurs par la chimie
La limitation précédente à 256 couleurs a été largement dépassée
La double hélice d'ADN est composée de deux molécules d'ADN dont les séquences sont complémentaires. La stabilité du duplex peut être affinée en laboratoire en contrôlant la quantité et l'emplacement des séquences complémentaires imparfaites. Des marqueurs fluorescents liés à l'un des brins d'ADN correspondants rendent le duplex visible, et l'intensité de la fluorescence augmente avec la stabilité du duplex. Aujourd'hui, des chercheurs de l'université de Vienne ont réussi à créer des duplex fluorescents qui peuvent générer 16 millions de couleurs au choix - un travail qui dépasse la limite précédente de 256 couleurs. Cette très large palette peut être utilisée pour "peindre" avec de l'ADN et pour reproduire avec précision n'importe quelle image numérique sur une surface 2D miniature avec une profondeur de couleur de 24 bits. Cette recherche a été publiée dans le Journal of the American Chemical Society.
La capacité unique des séquences d'ADN complémentaires à se reconnaître et à s'assembler en duplex est le mécanisme biochimique qui permet de lire et de copier les gènes. Les règles de formation des duplex (également appelées hybridation) sont simples et invariables, ce qui les rend également prévisibles et programmables. La programmation de l'hybridation de l'ADN permet d'assembler des gènes synthétiques et de construire des nanostructures à grande échelle. Ce processus repose toujours sur une complémentarité parfaite des séquences. La programmation de l'instabilité élargit considérablement notre capacité à manipuler la structure moléculaire et a des applications dans le domaine de la thérapeutique de l'ADN et de l'ARN. Dans cette nouvelle étude, des chercheurs de l'Institut de chimie inorganique de l'Université de Vienne ont montré que l'hybridation contrôlée peut aboutir à la création de 16 millions de couleurs et reproduire avec précision n'importe quelle image numérique au format de l'ADN.
Une toile de la taille d'un ongle
Pour créer des couleurs, différents petits brins d'ADN liés à des molécules fluorescentes (marqueurs) qui peuvent émettre une couleur rouge, verte ou bleue sont hybridés à un long brin d'ADN complémentaire sur la surface. Pour varier l'intensité de chaque couleur, la stabilité du duplex est abaissée en retirant soigneusement des bases du brin d'ADN à des positions prédéfinies le long de la séquence. Une stabilité plus faible se traduit par une nuance de couleur plus foncée, et le réglage fin de cette stabilité permet de créer 256 nuances pour tous les canaux de couleur. Toutes les nuances peuvent être mélangées et assorties au sein d'un même duplex d'ADN, ce qui permet de générer 16 millions de combinaisons et d'égaler la complexité des couleurs des images numériques modernes. Pour atteindre ce niveau de précision dans la conversion de l'ADN en couleur, il a fallu synthétiser plus de 45 000 séquences d'ADN uniques.
Pour ce faire, l'équipe de recherche a utilisé une méthode de synthèse parallèle de l'ADN appelée synthèse de réseaux sans masque (MAS). Avec la MAS, des centaines de milliers de séquences d'ADN uniques peuvent être synthétisées en même temps et sur la même surface, un rectangle miniature de la taille d'un ongle. Comme cette approche permet à l'expérimentateur de contrôler l'emplacement de n'importe quelle séquence d'ADN sur cette surface, la couleur correspondante peut également être attribuée de manière sélective à l'emplacement choisi. En automatisant le processus à l'aide de scripts informatiques spécifiques, les auteurs ont pu transformer n'importe quelle image numérique en une photocopie d'ADN avec un rendu précis des couleurs. "Essentiellement, notre surface de synthèse devient une toile sur laquelle on peut peindre des molécules d'ADN à l'échelle du micromètre", explique Jory Lietard, chercheur principal à l'Institut de chimie inorganique.
La résolution est actuellement limitée à XGA, mais le processus de reproduction est applicable à une résolution d'image de 1080p et potentiellement de 4K. "Au-delà de l'imagerie, un code couleur ADN pourrait avoir des applications très utiles dans le stockage de données sur l'ADN", explique Tadija Kekić, doctorante dans le groupe de Jory Lietard. Comme en témoigne le prix Nobel 2023 attribué au développement des points quantiques, la chimie des couleurs a un bel avenir devant elle.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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